ES2287579T3 - Instalacion de emision/recepcion para un componente de un automovil conectado en una red de comunicaciones. - Google Patents
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Abstract
Instalación de emisión / recepción (30) para un componente (31) de un automóvil conectado en una red de comunicaciones (34), con al menos una unidad de emisión (1) para la emisión de datos a través de la red de comunicaciones (34) y con al menos una unidad de recepción (20) para la recepción de datos a través de la red de comunicaciones (34), en la que la red de comunicaciones (34) sirve para la transmisión de datos entre el componente (31) y otros componentes (31) conectados en la red de comunicaciones (34), en la que la instalación de emisión / recepción (30) presenta varias unidades de emisión (1a, 1b, ... 1m), en la que cada unidad de emisión (1a, 1b, ... 1m) pone a disposición un canal separado para la transmisión de datos a través de la red de comunicaciones (34), y/o varias unidades de recepción (20a, 20b, ... 20n), en la que cada unidad de recepción (20a, 20b, ... 20n) pone a disposición al menos un canal separado para la recepción de datos a través de la red de comunicaciones (34), caracterizada porque con la ayuda de varias unidades de emisión (1a, 1b, ..., 1m) y/o con la ayuda de varias unidades de recepción (20a, 20b, ... 20n) se lleva a cabo el funcionamiento paralelo de varios sistemas de bus en un medio.
Description
Instalación de emisión/recepción para un
componente de un automóvil conectado en una red de
comunicaciones.
La presente invención se refiere a una
instalación de emisión/recepción para un componente de un automóvil
conectado en una red de comunicaciones, con al menos una unidad de
emisión para la emisión de datos a través de la red de
comunicaciones y con al menos una unidad de recepción para la
recepción de datos a través de la red de comunicaciones. La red de
comunicaciones sirve para la transmisión de datos entre el
componente y otros componentes conectados en la red de
comunicaciones, La instalación de emisión/recepción presenta varias
unidades de emisión, en la que cada unidad de emisión pone a
disposición un canal separado para la transmisión de datos a través
de la red de comunicaciones, y/o varias unidades de recepción, en la
que cada unidad de recepción pone a disposición al menos un canal
separado para la recepción de datos a través de la red de
comunicaciones.
Se conoce a partir del documento DE 199 13 919
C1 un sistema de comunicaciones con una red de comunicaciones y
varias instalaciones de emisión/recepción conectadas del tipo
mencionado anteriormente. En este caso, los datos son transmitidos
a través de dos medios separados, a saber, por una parte, a través
de una estructura de línea de alimentación de 12 V y, por otra
parte, a través de una estructura de línea de alimentación de 42
V.
También se conoce a partir del documento WO
03/028 305 A2, que se considera para loa Estados Contratantes
mencionados efectivamente como estado de la técnica en el sentido
del Art. 54 (3) EPÜ, un sistema de comunicaciones con una red de
comunicaciones y varias instalaciones de emisión/recepción
conectadas allí del tipo mencionado anteriormente. En este caso,
los datos son transmitidos de la misma manera a través de dos
medios separados, a saber, por una parte, a través de una estructura
de bus de datos y, por otra parte, a través de una estructura de
línea de alimentación.
Habitualmente, tiene lugar una comunicación
dentro de un automóvil entre diferentes componentes del automóvil,
como por ejemplo un aparato de control de las puertas y un aparato
de control de los asientos, entre otros, con la ayuda de un sistema
de bus, que trabaja, por ejemplo, de acuerdo con la Norma CAN (Red
de Área de Controlador) o de acuerdo con la LIN (Red de
Interconexión Local).
Se conoce a partir de solicitudes de patente más
antiguas de la Firma Solicitante emplear una red de a bordo del
automóvil, que se utiliza propiamente para la alimentación de
energía de componentes del automóvil, también para la transmisión
de datos entre los componentes (ver los documentos DE 101 42 408 y
DE 101 42 410, fecha de solicitud de ambas solicitudes:
31.08.2001). Este procedimiento de comunicaciones a través de la
red de a bordo del automóvil para la alimentación de energía se
designa también como Comunicaciones de Línea de Potencia.
Para una comunicación entre los componentes a
través de sistemas de bus existentes y/o a través de Comunicaciones
de Línea de Potencia se necesitan instalaciones de emisión/recepción
de alta potencia y resistentes a las interferencias (los llamados
transceptores), que garantizan una comunicación segura también en
condiciones difíciles. A través de un transceptor se realiza el
acceso de un componente a una red de comunicaciones. Las
interferencias, que pueden perjudicar la transmisión de datos,
pueden ser provocadas a través de perturbadores de impulsos ligados
a una línea, pero también a través de perturbadores de impulsos, que
irradian impulsos perturbadores sobre la red de a bordo. Los
perturbadores de impulsos ligados a una línea pueden ser provocados
a través de cualquier proceso de conmutación de un consumidor
eléctrico conectado en la red de a bordo del automóvil dentro del
automóvil, como por ejemplo la regulación de los asientos, la
bocina, la iluminación, etc.. En particular, los transceptores
deben poder transmitir también sin retardo mensajes de aplicaciones
relevantes para la seguridad, como por ejemplo la activación del
airbag o intervenciones de frenado de una regulación de la
estabilidad de la marcha.
La presente invención tiene el cometido de
asegurar una comunicación fiable, de alta potencia y resistente a
las interferencias entre diferentes componentes dentro de un
automóvil.
Para la solución de este cometido, la invención
propone, partiendo de la instalación de emisión/recepción del tipo
mencionado al principio, que con la ayuda de varias unidades de
emisión y/o con la ayuda de varias unidades de recepción se lleve a
cabo el funcionamiento paralelo de varios sistemas de bus sobre un
medio.
La instalación de emisión/recepción de acuerdo
con la invención (el llamado transceptor) soporta una comunicación
directa punto -a- punto sin retardo de tiempo entre componentes
especiales dentro del automóvil, por decirlo así, sobre canales
especiales. A través de la utilización de los transceptores de
acuerdo con la invención en una red de comunicaciones, las
Comunicaciones de Línea de Potencia son adecuadas para la
utilización paralela de diferentes servicios, sistemas de bus y
aplicaciones.
Por medio del transceptor de acuerdo con la
invención es posible emplear las líneas de alimentación de energía
de una red de a bordo de un automóvil, que se emplea propiamente
para la alimentación de energía de los componentes del automóvil,
para la transmisión integrada de energía y de informaciones, con lo
que se ahorran líneas de datos separadas, como por ejemplo en un
bus CAN. A través de la utilización de un procedimiento de
transmisión adecuado en combinación con un procedimiento para la
recuperación de la señal, el sistema general ha dado buen resultado
como insensible en la mayor medida posible frente a interferencias
aditivas, que son provocadas a través de procesos de conmutación de
los componentes conectados en la red de a bordo.
Otro aspecto del transceptor de acuerdo con la
invención es la preparación de canales especiales para la
transmisión de mensajes relevantes para la seguridad. Esto
posibilita una transmisión inmediata de un mensaje sin una demora
de tiempo a través de ciclos de tiempo eventualmente previsibles
primero en el plano del protocolo de un sistema de bus
multi-usuario con un solo canal. A través del
soporte del funcionamiento paralelo de varios sistemas de bus en un
medio se consigue un ahorro adicional de líneas de datos, puesto que
ahora es posible desarrollar, por ejemplo, el tráfico de datos de
sistemas de bus LIN y CAN al mismo tiempo a través del mismo medio.
Así, por ejemplo, se pueden utilizar Comunicaciones de Línea de
Potencia, entre otros, al mismo tiempo como plano de inversión para
diferentes sistemas de bus, con el fin de mantener la transmisión
de los datos a través de la red de a bordo del automóvil en el caso
de un fallo de uno de los sistemas de bus. La separación de los
canales individuales para los diferentes sistemas de bus se puede
realizar o bien a través de códigos ortogonales o a través de la
zona de frecuencia utilizada en cada caso. Si se seleccionan,
además, ortogonalmente las formas de las señales utilizadas,
entonces se pueden colocar muy estrechamente adyacentes entre sí
las señales portadores de los canales individuales.
De acuerdo con un desarrollo ventajoso de la
presente invención, se propone que al menos uno de los canales esté
previsto para la transmisión y/o para la recepción de datos a través
de una red de a bordo del automóvil, en la que la red de a bordo
del automóvil sirve para la alimentación de energía del componente
y para la transmisión de datos entre el componente y otros
componentes conectados en la red de a bordo del automóvil. Un
procedimiento de comunicaciones de este tipo se designa también como
Comunicaciones de Línea de Potencia.
De acuerdo con una forma de realización
preferida de la presente invención, se propone que la transmisión
y/o la recepción de datos a través de la red de a bordo del
automóvil esté configurada como plano de inversión para mantener la
transmisión de datos en el caso de un fallo de al menos uno de los
canales, que está previsto para la transmisión y/o para la
recepción de datos a través de otra red de comunicaciones distinta a
la red de a bordo del automóvil. De una manera ventajosa, la red de
a bordo del automóvil sirve para la transmisión de datos relevantes
para la seguridad.
La separación de los canales entre sí se lleva a
cabo de una manera preferida a través de una codificación de los
datos a transmitir por medio de códigos ortogonales. De una manera
alternativa o adicional, se propone que la separación de los
canales entre sí se lleve a cabo a través de una modulación de los
datos a transmitir sobre diferentes frecuencias portadoras. La
separación de los canales se puede realizar, sin embargo, también
por medio de un procedimiento CDMA (Acceso Múltiple por División de
Código) o por medio de un procedimiento FDMA (Acceso Múltiple por
División de Frecuencia). En el procedimiento CDMA se varía la
frecuencia de un canal en función de un patrón predeterminado
(llamado código), de manera que la señal solamente puede ser
recibida por un receptor, que conoce el código, de manera que el
receptor puede seguir la frecuencia variable del emisor. Las
frecuencias de los canales se varían por medio de diferentes
códigos. Por lo tanto, a través de los diferentes códigos se pueden
separar los canales individuales unos de los otros. En el
procedimiento FDMA se divide una zona de frecuencia utilizada para
la transmisión de informaciones de acuerdo con el número de los
canales en zonas parciales de frecuencia y se asocia a cada canal
una zona de frecuencia parcial propia. De esta manera se puede
impedir un perjuicio mutuo de los canales.
De acuerdo con una forma de realización
preferida de la presente invención, se propone que para la
modulación de los datos a transmitir sobre una frecuencia portadora
se emplee una modulación binaria diferencias de 2 fases (DBPSK). De
una manera alternativa, se propone que para la modulación de los
datos a transmitir sobre una frecuencia portadora se utilice una
modulación diferencial de fases en cuadratura (DQPSK).
Otras características, posibilidades de
aplicación y ventajas de la invención se deducen a partir de la
descripción siguiente de ejemplos de realización de la invención,
que se representan en los dibujos. En este caso, todas las
características descritas y representadas por sí o en combinación
discrecional forman el objeto de la invención de una manera
independiente de su resumen en las reivindicaciones de patente o su
inter-relación así como de una manera independiente
de su formulación o bien representación en la descripción o bien en
el dibujo. En este caso:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de
una unidad de emisión de una instalación de emisión/recepción de
acuerdo con la invención según una forma de realización
preferida.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de
una unidad de recepción de una instalación de emisión/recepción de
acuerdo con la invención según una forma de realización
preferida.
La figura 3 muestra la probabilidad de errores
binarios P_{b} de diferentes procedimientos para la transmisión
de datos a través de una red de a bordo de un automóvil en función
de la relación entre señal y ruido E_{b}/N_{0}.
La figura 4 muestra una comparación de una tasa
de errores de sincronización con y sin una codificación Manchester
adicional.
La figura 5 muestra diferentes secuencias de
Barker para la sincronización de cuadros y del ciclo de
transmisión.
La figura 6 muestra una comparación de la tasa
de errores de sincronización con una secuencia de Barker de la
longitud L = 13 y de una secuencia de Barker modificada con la
longitud L = 14.
La figura 7 muestra una sincronización de
cuadros y del ciclo de transmisión con una secuencia de Barker de la
longitud L = 7 y de una secuencia de Barker modificada construida a
partir de ella de la longitud L = 14.
La figura 8 muestra una instalación de
emisión/recepción de acuerdo con la invención con n canales
especiales separados por la posición de la frecuencia y con un canal
multi-usuario.
La figura 9 muestra un sistema de comunicaciones
de acuerdo con la invención según una forma de realización
preferida; y
La figura 10 muestra una instalación de
emisión/recepción de acuerdo con la invención del sistema de
comunicaciones de la figura 9 de acuerdo con una forma de
realización preferida.
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Una instalación de emisión/recepción (llamada
transceptor) está dividida en una parte de emisión y una parte de
recepción, que pueden estar integradas ambas sobre el mismo elemento
de soporte de semiconductores (pletina). Además, el transceptor se
puede dividir en una parte digital y una parte analógica. La parte
de emisión del transceptor de acuerdo con la invención comprende
varias unidades de emisión. De una manera alternativa o adicional,
la parte de recepción del transceptor de acuerdo con la invención
comprende varias unidades de recepción.
Cada unidad de emisión pone a disposición al
menos un canal separado para la transmisión de datos a través de
una red de comunicaciones. Cada unidad de recepción pone a
disposición al menos un canal separado para la recepción de datos a
través de la red de comunicaciones. A través del transceptor de
acuerdo con la invención pueden obtener acceso a la red componentes
de un automóvil, que están conectados en la red de
comunicaciones.
En la figura 1 se representa una unidad de
emisión de la parte de emisión del transceptor de acuerdo con la
invención y se designa en su totalidad con el signo de referencia 1.
A través de una conexión 2, la unidad de emisión 1 está conectada
en un componente del automóvil. A través de la conexión 2 se
alimentan a la unidad de emisión 1 unos datos que son preparados en
la unidad de emisión 1 y son acoplados en una red de
comunicaciones. Dentro de una parte digital 3 se lleva a cabo una
codificación diferencial de los datos a enviar. Especialmente se
lleva a cabo allí una exploración diferencial de 2 fases. A
continuación, por medio de una Tabla de Consulta 4, en la que está
depositado un sino tabulado, se ejecuta en un bloque funcional 5
una modulación digital de la señal. Los valores del sino tabulado,
depositados en la Tabla de Consulta 4, forman la señal portadora
para la modulación. A continuación se convierte la señal modulada
digital por medio de un convertidor DA 6 en la zona analógica, con
lo que la señal portadora escalonada experimenta una filtración.
En otro desarrollo, la señal analógica
experimenta en un bloque funcional 7 una filtración de paso de
banda, antes de que sea mezclada en un bloque funcional 8 en una
zona de frecuencia a utilizar para la transmisión de la señal. A
través de la filtración de paso de banda en el bloque funcional 7 se
eliminan por filtración las señales parasitarias, que se encuentran
fuera de la zona de frecuencia utilizada para la transmisión de
señales. La mezcla en la zona de trabajo se lleva a cabo por medio
de un oscilador controlado por tensión (VCO; Voltaje Controlled
Oscillator). A través de la mezcla en la zona de trabajo por medio
del oscilador VCO en el bloque funcional 8 se desplaza la señal a
la zona de alta frecuencia (HF). Después de la mezcla ascendente se
lleva a cabo en un bloque funcional 9 una filtración de paso bajo.
En el marco de la filtración de paso bajo se eliminan por
filtración las porciones de las señales con una frecuencia, que está
en el presente ejemplo de realización por encima de aproximadamente
250 MHz. A continuación se lleva a cabo en un bloque funcional 10
el acoplamiento de la señal en la red de comunicaciones. En el
presente ejemplo de realización se intensifica la señal de
acoplamiento en primer lugar en un amplificador 11 y a continuación
se acopla en un bloque funcional 12 de una manera inductiva en la
red de comunicaciones.
En el presente ejemplo de realización, la red de
comunicaciones está configurada como red de a bordo de un
automóvil, que sirve propiamente para la alimentación de energía de
los componentes del automóvil conectados en la misma. Por medio del
transceptor de acuerdo con la invención, se puede utilizar la red de
a bordo del automóvil adicionalmente también para la transmisión de
informaciones entre los componentes conectados en la red de a
bordo. La transmisión de la información a través de una red de a
bordo se designa también como comunicaciones de Línea de
Potencia.
En la figura 2 se representa una unidad de
recepción de la parte de recepción del transceptor de acuerdo con
la invención y se designa en su totalidad con el signo de referencia
20. Por medio de un elemento de acoplamiento inductivo 21 se
desacopla inductivamente desde la red una señal transmitida a través
de la red de comunicaciones. También en este ejemplo de
realización, la red de comunicaciones está configurada con
preferencia como red de a bordo del automóvil. A continuación, se
lleva a cabo por medio de un amplificador 22 una adaptación de la
señal desacoplada para el procesamiento posterior. Luego se lleva a
cabo por medio de un oscilador controlado con tensión VCO en un
bloque funcional 23 una mezcla descendente desde la zona de
frecuencia de la transmisión de señales a la zona de trabajo de la
unidad de recepción 20.
A continuación se realiza en un bloque funcional
24 una filtración de paso de banda y en un bloque funcional 25 una
conversión AD para el procesamiento posterior en la parte digital.
En un demodulador 26 se lleva a cabo la demodulación de la señal
digital. A continuación se lleva a cabo, en un bloque funcional 27,
un dispositivo de recuperación de datos, que comprende un
correlacionador 28 y una decodificación diferencial de la señal
recibida. A través de una conexión 29 de la unidad de recepción 20
se emiten las señales recibidas desde la red de a bordo del
automóvil y acondicionadas hacia el componente conectado del
automóvil.
Cuando en la red del automóvil son accionados
varios sistemas de bus en paralelo, se duplican con frecuencia de
una manera correspondiente todas las unidades de emisión 1 y todas
las unidades de recepción 20 en la parte de recepción y en la parte
de emisión del transceptor. Si se utiliza la misma frecuencia para
las portadoras, entonces deben separarse los diferentes canales a
través de la utilización de códigos ortogonales. Otra posibilidad
es la separación de los canales a través de la utilización de
diferentes frecuencias portadoras. Éstas deben presentar una
distancia correspondientemente grande dentro de la banda de
frecuencia disponible, para impedir una posible interferencia mutua
de los canales individuales. Si se seleccionan las formas de la
señal utilizadas para la transmisión en la zona de frecuencia de una
manera ortogonal entre sí, entonces se pueden colocar las
frecuencias portadoras individuales relativamente juntas entre
sí.
Para la modulación (bloques funcionales 4 y 5 en
la figura 1) se emplea un procedimiento de modulación relativamente
sencillo, puesto que el canal dispone de una anchura de banda
suficiente en las Comunicaciones de Línea de Potencia y se ha
revelado como relativamente libre de interferencias. En virtud de
una distancia euclidiana máxima de 2 en el diagrama de señales y
espacio y de la insensibilidad muy alta implicada con ello frente a
las interferencias aditivas, se emplea la modulación binaria
diferencias de 2 fases (DPBSK; Diferencial Binary
2-Phase-Shift Keying) para la
modulación. No obstante, también es concebible el empleo de una
modulación diferencial de fases en cuadratura (DQPSK; Diferencial
Quadratur Phase Shift Keying). Una ventaja del procedimiento de
modulación diferencial es que para la obtención de información
solamente es decisiva la diferencia de fases entre dos bits
consecutivos. De esta manera, no tiene que transmitirse tampoco una
portadora de referencia.
La figura 3 ofrece una visión de conjunto sobre
la probabilidad de error binario P_{b} de diferentes
procedimientos de modulación. En concreto, en la figura 3 se
representan los procedimientos de modulación ASK (Modulación por
Desplazamiento de Amplitud) unipolar y bipolar, FSK (Modulación por
Desplazamiento de Frecuencia), PSK (Modulación por Desplazamiento
de Fase) así como DPSK (Modificación por desplazamiento de fase
Diferencial). En estos procedimientos se trata de procedimientos de
modulación de 2 fases. La probabilidad de error binario P_{b} se
registra como una función del cociente de la energía binaria E_{b}
y de la densidad de potencia de ruido N_{O}. El cociente E_{b}
/ N_{O} se designa también como distancia entre señal y ruido y se
representa en la unidad dB.
El empleo de un procedimiento de modulación de
varias fases es, en efecto, posible, sin embargo no parece
necesario en virtud de la anchura de banda disponible en una red de
a bordo de un automóvil para la transmisión de datos. Prescindiendo
de un procedimiento de modulación de varias fases se pueden ahorrar
sobrecostes para la estructura del sistema. Además, los
procedimientos de modulación de dos fases trabajan de una manera
esencialmente más robusta que los procedimientos de modulación de
más fases, los procedimientos de modulación de más fases son, en
general, más propensos a interferencias que sus variantes de menos
fases.
La modulación propiamente dicha y la
codificación diferencial se realizan digitalmente por medio de la
Tabla de Consulta 4. En este caso, se trata de una tabla con valores
de exploración de una señal sinusoidal. Estos valores son leídos
cíclicamente y son multiplicados en el bloque funcional 5 con los
bits de la señal a transmitir. De esta manera se garantiza una
modulación "ideal" sin desplazamiento de fases entre la señal
portadora y los bits de datos a transmitir.
Por medio del correlacionador 28 se descubren de
nuevo las señales útiles transmitidas con ruidos. Para la
correlación se pueden utilizar, entre otras cosas, secuencias
especiales que se designan como secuencias de Barker (ver R. H.
Barker: Group Synchronization of Binary Digital Systems. En
Communication Theory, W. Jackson, Butterworth, 1953). Éstas se
caracterizan por una relación principal-secundaria
(HNV), que corresponde al número L de los bits de la secuencia. Por
lo tanto, se aplica:
(1)HNV =
L
Las secuencias de Barker presentan una longitud
L = 2, 3, 4, 5, 11 ó 13. En R. Turyn, J. Storer: On Binary
Sequences, Proceedings of American Mathematical Society, Nº 12, 1961
se muestra que no existen otras secuencias de Barker con longitud
impar. En L. D. Baumert: Cyclic Difference Set, Springer Verlag,
Berlín, Heidelberg, 1971 se presenta la prueba de que no existen
secuencias de Barker con longitud par mayor que 4. En virtud de su
HNV muy alto, estas secuencias son adecuadas, entre otras cosas,
para las más diferentes tareas de sincronización.
En la sincronización por medio de un marcador se
plantea el problema de que la probabilidad para una sincronización
errónea también en el caso de un canal libre de ruido es siempre
mayor que 0, mientras el marcador se pueda combinar a partir de
componentes del alfabeto de caracteres disponible para los datos
siguientes. Esto solamente se puede evitar utilizando un alfabeto
para la transmisión de datos, con cuyos componentes no es posible
construir el marcador. Esto se aplica sobre todo también para el
caso del solape de dos palabras de código. Si el alfabeto contiene,
por ejemplo, las dos palabras a = a_{1}... a_{n} y b =
b_{1}... b_{n}, entonces tampoco se puede construir el marcador
a través de la combinación de a_{1}... a_{n}b_{1}...
b_{j-1}, con 1< j \leq n. En el caso de
utilización de secuencias de Barker para la sincronización de
cuadros, esto se puede conseguir, entre otras cosas, a través de la
utilización del código de Manchester para los datos. Éste se
caracteriza porque se mantiene un estado como máximo durante dos
periodos binarios, a partir del código de Manchester utilizado. A
continuación se lleva a cabo forzosamente un cambio de estado. Sin
embargo, las secuencias de Barker con una longitud L > 4
contienen, en general, al menos una secuencia de tres estados
iguales.
En general, se puede calcular la probabilidad de
una sincronización errónea de acuerdo con la siguiente ecuación:
\vskip1.000000\baselineskip
En este caso, M representa el número de los
símbolos del procedimiento de modulación utilizado. En el caso de
la DBPSK se aplica, por lo tanto M = 2. L corresponde a la longitud
de la palabra de sincronización, en general, y aquí, en especial, a
la longitud de la secuencia de Barker. N representa la longitud
total del cuadro de datos a transmitir, que está constituido por L
y la longitud D del bloque de datos (N = L + D).
En la figura 4 se representa la diferencia entre
un alfabeto de caracteres de palabras de datos, que puede contener
la palabra de sincronización, y un alfabeto, en el que esto es
excluido a través de una codificación de Manchester adicional. La
probabilidad más reducida para una sincronización errónea a través
del empleo de la codificación de Manchester se obtiene, sin
embargo, a costa de una división a la mitad de la tasa de datos
posible. Como se deduce a partir de la figura 4, esto no tiene, sin
embargo, ninguna importancia en el caso de mucho ruido, puesto que
la probabilidad de la falsificación de la palabra de datos a emitir
a través del ruido es significativamente mayor que la probabilidad
de una sincronización errónea condicionada. Sin embargo, esto se
puede apreciar claramente en el caso de poco ruido. En general, se
han incluido para cada valor de número entero de la relación entre
señal y ruido (SNR;
Signal-Noise-Ratio) entre -6 y +6 dB
1000 simulaciones en la evaluación. Se han generado de forma
aleatoria 130 bits. Dentro de esta corriente binaria se colocó de
forma aleatoria la palabra de sincronización de 14 bits de largo. A
continuación se realizó una modulación PSK, la adición de un ruido
con SNR correspondiente y la demodulación. A continuación se realizó
la sincronización. A partir de un SNR de aproximadamente 4 dB no
resultó ya ningún error para la sincronización de la palabra de
datos con una codificación de Manchester adicional. Esto corresponde
en la representación logarítmica a una tasa de error de
sincronización SFR de -\infty. Por este motivo, no se representan
puntos de datos en la figura 4 para una SNR de 4, 5 y 6 dB.
Para el cálculo de la posición del comienzo de
la palabra de sincronización se pueden utilizar tanto el método de
correlación como también la Regla de Máxima Probabilidad (llamada
Regla ML) de acuerdo con Massey. De acuerdo con J. L. Massey:
Optimum Frame Synchronization, IEEE Transactions on Communications,
Vol. COM-20, Nº 2, 1972 se aplica en este caso la
siguiente ecuación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Si se parte de una distancia entre señal y ruido
de E_{s}/ N_{0} << 1, resulta la siguiente
aproximación:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En este caso, las variables S_{i} representan
los elementos de la palabra de sincronización y las variables
y_{i} representan los elementos de la palabra de datos recibida.
La segunda parte de la ecuación tiene en cuenta en este caso la
porción del valor de correlación que aparece a través de la
correlación de la palabra de sincronización y de la palabra de
datos. De esta manera debe corregirse de una manera correspondiente
el valor de partida del correlacionador 28.
La regla de correlación resulta a partir de la
ecuación (4) omitiendo el término de corrección:
Especialmente para la modulación binaria
diferencial de 2 fases (DBPSK) resulta la siguiente especificación
de cálculo de acuerdo con la Regla de Máxima Probabilidad:
Las secuencias de Barker se pueden emplear sobre
todo para la sincronización de cuadros y para la sincronización del
ciclo de transmisión. Una idea es en este caso la utilización de la
misma secuencia de Barker tanto para la sincronización de cuadros
como también para la sincronización del ciclo de transmisión. A tal
fin, se utiliza, por ejemplo, una secuencia de Barker de la
longitud L = 7 para la sincronización de los cuadros. Para la
sincronización al comienzo del ciclo de transmisión se construye, a
partir de la misma secuencia, una secuencia ligeramente modificada,
yuxtaponiendo dos secuencias iguales. La segunda secuencia se
invierte, sin embargo, de la valencia de los bits individuales.
Esto se representa en la figura 5.
En la figura 5a se representa una secuencia de
Barker de la longitud L = 7 para la sincronización de los cuadros.
En la figura 5b se representa una secuencia de Barker para la
sincronización del ciclo de transmisión, en la que los siete
primeros bits de la secuencia de Barker de la figura 5b corresponden
a la secuencia de Barker de la figura 5a. Los siete bits siguientes
de la secuencia de Barker de la figura 5b corresponden a los siete
primeros bits invertidos de la secuencia. Esto tiene la ventaja de
que en la unidad de recepción solamente debe depositarse la
secuencia de Barker de la longitud L = 7. La correlación en el
correlacionador 28 se lleva a cabo solamente con la ayuda de la
secuencia de Barker de la figura 5a. A través de un enlace lógico
en la unidad de recepción se puede calcular a partir de la secuencia
de Barker de la figura 5a la secuencia de Barker para la
sincronización del ciclo de transmisión de acuerdo con la figura
5b.
Para la formación de la función de partida del
correlacionador se introduce en la sincronización, al comienzo del
ciclo de transmisión una adición adicional. En una primera etapa se
lleva a cabo la correlación con la secuencia de Barker. Esto
proporciona el resultado x(k). A continuación se calcula una
función de partida modificada x_{mod}(k) de acuerdo con la
regla siguiente.
(7)x_{mod}(k)
= x(k) - x(k +
L)
En la correlación de la secuencia de Barker con
la porción invertida en la secuencia de Barker modificada se
obtiene la misma función de partida que en la correlación cruzada de
la secuencia de Barker, pero se refleja en la zona negativa de los
números. Con la especificación de cálculo de acuerdo con la
ecuación (7) resulta, por lo tanto, para la presencia de la
secuencia modificada de Barker el mismo desarrollo de la función que
para la correlación cruzada de la secuencia de Barker, pero con
valores duplicados de la amplitud. De esta manera, se pueden
distinguir los marcadores para la sincronización de los cuadros y
para la sincronización del ciclo de transmisión por medio de un
diferenciador sencillo del valor umbral.
En la figura 6 se representa una comparación
entre la sincronización con una secuencia original de Barker y con
una secuencia modificada de Barker de acuerdo con el modo de
proceder descrito anteriormente casi de la misma longitud (no se
puede conseguir una longitud idéntica, puesto que -como ya se ha
mencionado anteriormente- solamente existen secuencias de Barker
impares con L > 4. En la figura 6 se puede ver que la
sincronización con la secuencia original de Barker y con la
secuencia modificada de Barker de la misma longitud proporcionan
aproximadamente los mismos resultados. En la figura 6 se representa
la sincronización con una regla de correlación convencional
(Soft-Correlation Rule), para la Regla de Máxima
Probabilidad (Regla ML) así como para la Regla de Máxima
Probabilidad modificada (Regla ML modificada).
En la figura 7 se representan resultados para la
sincronización de los cuadros y para la sincronización del ciclo de
transmisión con una secuencia de Barker de la longitud L = 7 y con
una secuencia de Barker modificada construida a partir de ella con
la longitud L = 14. Se puede reconocer claramente que se consigue
siempre también la sincronización de los cuadros para una SNR >
6 dB. Como otra posibilidad para la sincronización se ofrecen
también las llamadas secuencias de Lindner (ver H. D. Lüke:
Korrelationssignale, Springer Verlag Berlín/Heidelberg 1992).
Adicionalmente se llevo a cabo una codificación de Manchester, para
poder posibilitar una sincronización libre de errores.
En el transceptor de acuerdo con la invención,
se pueden reservar uno o más de los canales como canales especiales
para la transmisión de mensajes extremadamente relevantes para la
seguridad o para el diagnóstico de la red de comunicaciones o bien
de la transmisión de datos a través de la red. Para la instalación
de los canales especiales se ofrecen diferentes modos de proceder
para evitar una influencia mutua de los canales. Un modo de
proceder es la utilización de códigos ortogonales sobre la misma
posición de frecuencia. No obstante, esto puede ser problemático en
virtud de la longitud necesaria de las palabras de código, puesto
que con ello se dificulta una transmisión de datos de alta
velocidad de los datos. Otro modo de proceder es la utilización de
formas de las señales ortogonales en el espectro de frecuencia.
La recepción de los mensajes especiales se puede
realizar con los llamados Filtros Adaptados. Éstos se pueden
convertir o bien digitalmente o con la ayuda de los llamados filtros
SAW (Surface Accoustic Wave) (los llamados filtros de ondas
superficiales). Éstos se pueden adaptar de una manera óptima. Otra
ventana de los filtros SAW es que se trata de componentes pasivos.
De esta manera, no requieren ninguna corriente de reposo. Para la
seguridad de la detección se pueden utilizar secuencias de Barker
también para estos mensajes. No obstante, en general, debe
asegurarse que no se puede producir una resolución errónea. Esto
plantea requerimientos muy altos a todo el sistema. Aquí podrían
encontrar aplicación para la señalización secuencias de Barker de
gran longitud, puesto que -como ya se ha mencionado- presentan una
HNV máxima. Para la reducir al mínimo las interferencias de corta
duración, hay que procurar en este caso una duración binaria
suficientemente grande de los bits individuales utilizados.
Adicionalmente se pueden utilizar para los diferentes canales
especiales señales de Barker ortogonales o también señales de
Barker invertidas.
La figura 8 muestra una representación muy
esquemática de las posibilidades descritas anteriormente. Allí se
representa un transceptor 30 de acuerdo con la invención con n
canales especiales f_{1} ... f_{n} separados a través de la
posición de la frecuencia y con un llamado canal
multi-usuario f_{n+1}. Adicionalmente, para cada
canal especial debería realizarse una consulta cíclica de estado,
para estar informado en cualquier momento sobre el estado del
componente, que recibe a través del transceptor acceso a la red de
comunicaciones y de esta manera poder reaccionar en el momento
oportuno a un defecto posible. Esta consulta se podría realizar, por
ejemplo, también a través del canal multi-usuario
f_{n+1}.
En la presente solicitud de patente se propone
un transceptor para la utilización en el marco de las
Comunicaciones de Línea de Potencia como medio de comunicación. Un
aspecto esencial es en este caso la introducción de canales
especiales para mensajes relevantes para la seguridad, que deben
transmitirse sin ninguna demora de tiempo condicionada por un
protocolo multi-usuario. Para la señalización sobre
estos canales se proponen, entre otras, las secuencias de Barker.
Además, se proponen estas secuencias también para tareas de
sincronización sobre el canal multi-usuario. Los
canales especiales y el canal multi-usuario se
pueden separar también entre sí tanto por medio de códigos
ortogonales como también a través de la utilización de posiciones de
frecuencias ortogonales.
En la figura 9 se representa un sistema de
comunicaciones de acuerdo con la invención en un automóvil. El
sistema comprende una red de a bordo de un automóvil 34 y varios
componentes 31 del automóvil conectados en la misma. La red de a
bordo 34 sirve para la alimentación de energía de los componentes 31
del automóvil. Además, la red de a bordo 34 del automóvil sirve
para la transmisión de información entre los componentes 31. Con
esta finalidad, los componentes 31 disponen de una instalación de
emisión/recepción 30 (transceptor), a través de la cual tienen
acceso a la red de a bordo del automóvil. Este tipo de transmisión
de datos se designa también como Comunicaciones de Línea de
Potencia.
En la figura 10 se representa un transceptor 30
de acuerdo con la invención en un fragmento. El transceptor 30
comprende una parte de emisión 32 y una parte de recepción 33. Desde
el componente 31 conectado en el transceptor 30, la parte de
emisión 32 recibe datos a transmitir a través de la red de a bordo
34 del automóvil a través de la conexión 2. Los datos desacoplados
y acondicionados por la parte de recepción 33 a partir de la red de
a bordo del automóvil son transmitidos a través de la conexión 29 al
componente 31 conectado en el transceptor 30.
La parte de emisión 32 del transceptor 30 de
acuerdo con la invención comprende varias unidades de emisión 1a,
1b, ... 1m. De la misma manera, la parte de recepción 33 del
transceptor 30 comprende varias unidades de recepción 20a, 20b, ...
20n. Tanto las unidades de emisión 1 como también las unidades de
recepción 20 están conectadas a través de un acoplador inductivo
12, 21 (ver la figura 1) en la red de a bordo 34 del automóvil.
Claims (8)
1. Instalación de emisión/recepción (30) para un
componente (31) de un automóvil conectado en una red de
comunicaciones (34), con al menos una unidad de emisión (1) para la
emisión de datos a través de la red de comunicaciones (34) y con al
menos una unidad de recepción (20) para la recepción de datos a
través de la red de comunicaciones (34), en la que la red de
comunicaciones (34) sirve para la transmisión de datos entre el
componente (31) y otros componentes (31) conectados en la red de
comunicaciones (34), en la que la instalación de emisión/recepción
(30) presenta varias unidades de emisión (1a, 1b, ... 1m), en la que
cada unidad de emisión (1a, 1b, ... 1m) pone a disposición un canal
separado para la transmisión de datos a través de la red de
comunicaciones (34), y/o varias unidades de recepción (20a, 20b, ...
20n), en la que cada unidad de recepción (20a, 20b, ... 20n) pone a
disposición al menos un canal separado para la recepción de datos a
través de la red de comunicaciones (34), caracterizada
porque con la ayuda de varias unidades de emisión (1a, 1b, ..., 1m)
y/o con la ayuda de varias unidades de recepción (20a, 20b,... 20n)
se lleva a cabo el funcionamiento paralelo de varios sistemas de
bus en un medio.
2. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque uno de
los canales está previsto para la transmisión y/o para la recepción
de datos a través de una red de a bordo del automóvil (34), en la
que la red de a bordo del automóvil (34) sirve para la alimentación
de energía del componente y para la transmisión de datos entre el
componente (31) y otros componentes (31) conectados en la red de a
bordo del automóvil (34).
3. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la
transmisión y/o la recepción de datos a través de la red de a bordo
del automóvil (34) está configurada como plano de inversión para
mantener la transmisión de datos en el caso de un fallo de al menos
uno de los canales, que está previsto para la transmisión y/o para
la recepción de datos a través de otra red de comunicaciones
distinta a la red de a bordo del automóvil (34).
4. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la red
de a bordo del automóvil (34) sirve para la transmisión de datos
relevantes para la seguridad.
5. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque la separación de los canales entre sí se lleva a cabo a
través de una codificación de los datos a transmitir por medio de
códigos ortogonales.
6. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada
porque la separación de los canales entre sí se realiza a través de
una modulación de los datos a transmitir en diferentes frecuencias
portadoras.
7. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque para la modulación de los datos a transmitir sobre una
frecuencia portadora se emplea una modulación binaria diferencial de
2 fases.
8. Instalación de emisión/recepción (30) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque para la modulación de los datos a transmitir sobre una
frecuencia portadora se emplea una modulación diferencial de fases
en cuadratura.
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